JPS60425B2 - 不溶性陽極用鉛合金の製造法 - Google Patents

不溶性陽極用鉛合金の製造法

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JPS60425B2
JPS60425B2 JP52133609A JP13360977A JPS60425B2 JP S60425 B2 JPS60425 B2 JP S60425B2 JP 52133609 A JP52133609 A JP 52133609A JP 13360977 A JP13360977 A JP 13360977A JP S60425 B2 JPS60425 B2 JP S60425B2
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lead alloy
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泰三 大村
登 米沢
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Mitsubishi Metal Corp
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Mitsubishi Metal Corp
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  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電気防蝕や水溶液の電気分解などに使用さ
れる不落・性陽極の製造法に関するものである。
従来、電気防蝕や水溶液の電気分解などに使用される不
溶性陽極の製造には、主として、{a’ 四三酸化鉄(
以下Fe304で示す)、‘b} 過酸化鉛(以下Pb
02で示す)、‘c’鉛−銀(以下Pb−Agで示す)
合金、‘d’ 白金メッキしたチタン(以下Pt/Ti
で示す)、などの材料が使用され、上記Fe304ある
いはPO02製不溶性陽極は粉末冶金法によって、Pb
−Ag合金製不溶性陽極は溶解鋳造法によって、またP
t/Ti製不溶性陽極は電気メッキ法によって製造され
ている。
しかしながら、上記Fe3QあるいはPb○2製不溶性
陽極は機械的強度が劣り、またPb/Ag合金製のもの
は、例えば硫酸塩溶液中および通常海水中では正常な性
能を示すが、これ以外の使用環境ではその性能が低下し
、さらにPt/Ti製のものは大きな許容電流密度をも
つため大電流を供給できる利点をもつが、高価であるな
どの問題点をそれぞれ有している。
そこで、同一出願人は、上述のような従来不落性陽極の
もつ問題点を解決すべく、先に、特顔昭45一9090
6号(椿公昭50−4349号、特許登録第79305
計号)として、大きな機械的強度と良好な耐食性をもち
、十分な大電流密度を得ることが可能で、使用環境が変
化しても性能が変化せず、しかも安価な、「鉛又は鉛合
金中に銀を0.1〜5.0%「四三酸化鉄、炭素、酸化
第二コバルト、酸化第二クロムの1種または2種以上を
1〜80%添加し、かつ酸化第二クロム並びに酸化第二
コバルトの添加量の総和が20%を超えないことを特徴
とする不綾性陽極」(以下先行発明の不溶性陽極という
)を提案した。
しかし、上記先行発明の不溶性陽極においても、これが
粉末冶金法によって製造されるために、{1’ 製造コ
ストが高くなる。
‘2)原料の鉛粉末の表面は酸化され易く、清浄度の高
いものの入手が困難であり、このようなことから、焼結
を水素気流中で行なったとしても、焼結温度が低いため
に前記鉛粉末表面に形成された酸化物の還元を十分に行
なうことができず、この結果満足な焼結がはかれないこ
とから、使用中に電極にクラツクが発生する。
糊 機械的強度が低い。
■ 品質管理が難しく、同品質の電極を製造するのが難
しい。
などの問題点が発生した。
このようなことから、本発明者等は、粉末冶金法によら
ずに、溶解鋳造法によって、大きな機械的強度と良好な
耐食性をもち、十分な大電流密度を得ることが可能で、
使用環境が変化しても性能が変化せず、しかも安価な不
溶性陽極を得べく、特にPb合金に着目し、さらに、一
般に、PbまたはPb合金製不溶性陽極(以下Pb陽極
という)の性能劣化の原因は、よく知られるように、P
b陽極を、例えば塩化物溶液中で電解に供すると、前記
Pb陽極の表面には良導体のPb02層が生成し、この
生成Pb02層とPb陽極の素地のPbとが接触してい
れば、そこには電池機能が起って陽極としての性能が十
分に発揮されることになるが、Pbが溶解し、前記Pb
02が還元されてPbイオンとなり、このPbイオンが
塩素イオンと結合して、例えばP比12などの不良導体
が前記Pb素地と前記PO02層の間に中間層として形
成され、この不良導体層の厚さがある程度以上になると
、陽極電位が高くなると共に、前記不良導体中間層は多
くの場合密度の低い物質からなるためにその体積膨張が
大きくなり、この結果前記Pb陽極にふくれやPb02
層脱落などが発生するようになることに存することをふ
まえて、研究を行なった結果、粒径と含有量との関係が
、添付図面のA点(1瓜hesh、1重量%)、B点(
28hesh、0.5重量%)、C点(8仇hesh、
0.5重量%)、D点(8仇hesh「 5重量%)、
およびE点(1仇hesh、5重量%)によって囲まれ
た範囲、さらに特に大館流密度で長時間使用される場合
には同じくA′点(1肌esh、1.5重量%)、B′
点(32hesh、1重量%)、〇点(6位hesh、
1重量%)、〇点(6仇hesh、5重量%)、および
E′点(16mesh、5重量%)によって囲まれた範
囲内にある良導体のFe304を、溶解鋳造を適用して
Ag:0.1〜5重量%を含有し、残りがPbと不可避
不純物からなるPb合金中に均一に分散含有させたもの
を不溶性陽極として使用すると、Ag成分によってPb
02層の成長速度および電解液中への脱落が抑えられ、
さらにFe304によって上記不良導体中間層の生成が
著しく抑制され、例え上記不良導体中間層が存在しても
、前記均一分散含有の良導体Fe304は、前記不良導
体中間層を横切って素地のPbとPb02層との橋渡し
を行なう(前記素地PbとPb02とを結ぶ)に足る粒
径と含有量とをもつことから陽極電位の上昇が阻止され
て、上記先行発明の粉末冶金法によって製造された不溶
性陽極と同等、あるいはこれ以上の電気化学的特性を示
し、しかもすぐれた機械的強度と機械加工性をもっとい
う知見を得たのである。
この発明は上記知見にもとづいてなされたものであり、
以下にFe304の粒径と含有量、およびAg含有量を
上述のように限定した理由を説明する。
‘a’Fe304の粒径および含有量 Fe304の粒径が上記範囲から外れて大きい「すなわ
ち1仇heshを越えるとAg合金溶傷中に均一分散さ
せることができなくなり、一方上記範囲から外れて小さ
い、すなわち8仇hesh未満では、その粒径が細かす
ぎて不良導体中間層を横切って素地PbとPの2層とを
結ぶことができず、この結果陽極電位の上昇をもたらす
ようになることから、その粒蓬範囲を80〜1仇hes
hと定めた。
また「不溶性陽極が良好な陽極性能を発揮するための効
果領域がFe304粒子1個当りに存在することから、
Fe304粒子の前記陽極の表面積に占める割合を大き
く、しかもFe304のもつ前記効果領域が全てオーバ
ーラップするようにFe304を含有させる必要がある
が、その含有量が上記範囲から外れて少ない、すなわち
0.5重量%未満では、所望の陽極性能を確保すること
ができず「一方上記範囲から外れて多い、すなわち5重
量%を越えるとFe304同士が凝集し易くなって均一
分散が困難となり、この結果機械的強度も低下するよう
になることから、その含有量を0.5〜5重量%と定め
た。
さらに、Fe304の粒径と含有量との関係は、上記の
限定理由をふまえて、経験的に添付図面のA,B,C,
D、およびE点によって囲まれた範囲に定めたものであ
り、特に大電流密度で長時間に亘つて使用する場合には
、電極反応が大きいことを考慮し、前記の範囲内の狭い
範囲のA′,B′,〇,〇、およびE′点によって囲ま
れた範囲内の粒径と含有量との関係を満足するFe30
4の適用が望ましい。
‘b)Ag 上述のようにAg成分にはPb02層の成長速度を抑え
ると共に、電解液中へのPO02層の脱落を抑制する作
用があるが、その含有量が0.1重量%未満では前記作
用に所望の効果が得られないので0.1重量%以上の含
有が必要である。
しかし5.0重量%を越えて含有させても前記作用にさ
らに一段の効果は見られず製造コストの上昇を招くのみ
で経済的でないことから、その上限値を5.の重量%と
定めた。ついで、この発明を実施例により説明する。
実施例 1電気抵抗炉内に垂直軸を中心に回転自在に設
けた黒鉛るつぼ内でPb−1%Ag合金:5k9を溶解
した。ついで前記Pb−1%Ag合金溶湯が温度330
℃に加熱された時点で、前記溶傷内に麓梓用モーターに
よって回転されるステンレス製鷹梓翼を挿入し、前記蝿
洋翼を回転数25仇.p.m.で、また前記黒鉛るつぼ
を回転数1仇.p.m.で回転させることによって前記
合金溶湯に蝿梓を加えながら、第1表に示される粒度分
布をもったFe304粉末を、同表に示される量添加し
、添加後前記合金の半溶融温度である310午0まで約
0.rC/minの冷却速度で冷却し、ついで内径15
脚の円柱状キャビティをもった鋳型内に鋳造して本発明
合金1〜6の試料をそれぞれ製造した。また、比較の目
的で、本発明の範囲から外れた粒径と含有量との関係を
もつ、すなわち第1表に示される粒度分布と含有量のF
e304粉末を添加する以外は上記実施例1におけると
同一の条件で比較合金1〜5の試料をそれぞれ製造した
なお「上記実施例1では合金溶湯の完全溶融状態でのF
e304粉末の添加鷹梓処理について述べたが「必ずし
もこれに限定されるものではなく、例えば完全溶融状態
の合金溶湯にFe304粉末を添加し冷却して半溶融状
態とし、この時点で鷹拝を開始しても、また前記合金溶
湯が半溶融状態にある時点で鷹拝を行ないながらFe3
04粉末を添加してもよい。
なおこれらの添加鷹杵処理は不活性ガス雰囲気中で行な
うのが望ましい。実施例 2 合金溶湯の組成をPb−4.5%Agとし、Fe304
添加時の前記合金溶湯の温度を30000、冷却終了温
度を前記合金の半溶融温度である28000、そしてF
e304の粒度分布および含有量をそれぞれ42〜8仇
hesh、2.2重量%とする以外は、上記実施例1に
おけると同一の条件で本発明合金7の試料を製造した。
実施例 3予め他の加熱装置で約450℃に加熱された
Pb−1%Ag合金溶湯:30k9の入った黒鉛るつぼ
を、冷却速度を制御するための断熱材を介して、垂直軸
を中心に回転自在に設けられた円筒状有底容器内に装入
し、ついでアルゴンガスをセットされたノズルから吹き
付けながら、前記合金溶傷内に挿入した蝿梓用モーター
によって回転されるステンレス製燈梓翼を回転数35び
.p.m.で回転させると共に、前記容器を回転数5仇
.p.m.で回転させることによって前記合金溶湯を蝿
拝し「 この状態で第1表に示される粒度分布と含有量
のFe304粉末を添加し、添加後、前記合金の半溶融
温度である310q0まで約3.5qC/minの冷却
速度で冷却し、内陸3仇伽の円柱状キャビティをもった
鋳型内に鋳造して本発明合金8〜10の試料をそれぞれ
製造した。
なお、この実施例におけるように合金溶湯の量が多い場
合には、実施例1におけるようにFe304を均一分散
させるために額梓混合時間を長くすると共に、その冷却
を徐冷する必要はなく、放冷によって所望の合金を得る
ことができるので大量生産には好都合である。また、比
較の目的で、Fe304を含有せず、第1表に示される
組成をもった比較合金6〜8(不溶性陽極用合金として
従釆公知のもの)の試料を溶解鋳造法により製造し、さ
らに第1表に示される組成をもった上記先行発明の比較
合金9の試料を粉末冶金法によって製造した。
ついで、上記本発明合金試料1〜10および比較合金試
料1〜9について、これら試料をそれぞれ陽極とし、電
解液:海水、 陰極:ステンレス鋼板、 陽極電流密度:20A/dで(但し、Sd含有合金の場
合は5A/d〆)、試験(通電)期間:60日、 の条件で電解試験を行ない、試験後の前記陽極の電位お
よび電極消耗率(重量減量)を測定した。
この結果を第1表に合せて示した。なお、第1表におけ
る※印は試験開始後3■ン以内で陽極電位が5vを越え
たため試験を中止したものであり、※※印は試験開始後
1日で陽極電位が5.桝に達したため試験を中止したも
のである。
第1表第1表に示される結果から明らかなように、この
発明の方法によって製造された本発明合金1〜101よ
、これを不溶性陽極として使用した場合、長時間に亘つ
て安定した陽極電位を示し、重量減もわずかで耐食性の
すぐれたものであった。
特に本発明合金2,4,9は、先行発明の比較合金9と
同等のすぐれた陽極電位安定性および耐食性を示し、試
験後の表面状態も平滑で、安定なPO02層が形成され
ていた。これに対して、本発明範囲から外れた粒径と含
有量との関係をもったFe304を含有する比較合金1
,5、および従来公知の溶解鋳造によって製造された比
較合金6〜8においては陽極電位の変動、すなわち上昇
が著しく、また同様に本発明範囲から外れた粒と含有量
の関係をもつFe304含有した比較合金2〜4におい
ては、陽極電位は安定しているが、重量減が箸しく耐食
性の劣るものであった。
なお、上記電解試験では、先行発明の比較合金9は、す
ぐれた陽極電位安定性と耐食性を示したが、機械的強度
が劣るものであり、しかもこの発明の方法によって製造
された合金の方が、スヱージ加工で50%以上、押出お
よび圧延加工で10〜20%もすぐれた機械加工性を示
した。
上述のように、この発明によれば、従来知られている溶
解鋳造合金よりも陽極電位安定性および耐食性がすぐれ
、さらに先行発明の焼結合金よりも機械的強度および機
械加工性にすぐれた不溶性陽極用Pb合金をコスト安く
、きわめて簡単な工程で製造することができるのである
【図面の簡単な説明】
添付図面はFe304の粒径と含有量に関し、この発明
の範囲を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 銀:0.1〜5重量%を含有し、残りが鉛と不可避
    不純物からなる鉛合金の溶湯に、粒径と含有量との関係
    が、添付図面のA,B,C,D、およびE点によって囲
    まれた範囲内にある四三酸化鉄粉末を添加し、撹拌を適
    用して前記鉛合金中に前記四三酸化鉄を均一に分散させ
    、鋳造することを特徴とする不溶性陽極用鉛合金の製造
    法。 2 粒径と含有量との関係が、添付図面のA′,B′,
    C′,D′、およびE′点によって囲まれた範囲内にあ
    る四三酸化鉄を用いることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の不溶性陽極用鉛合金の製造法。
JP52133609A 1977-11-09 1977-11-09 不溶性陽極用鉛合金の製造法 Expired JPS60425B2 (ja)

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